TY - THES

T1 - Stromnetzentlastung mittels Sektorkopplung in Gebieten mit hoher projektierter PV-Einspeisung am Fallbeispiel der Südsteiermark

AU - Fritz, Florian

N1 - gesperrt bis null

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - Die Energiebranche ist ein Markt der sich im Wandel befindet. In Europa ist in den letzten Jahren ein immer stärker werdender Trend hin zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen und damit zur Dekarbonisierung des Sektors zu erkennen. Der zunehmend spürbare Klimawandel und die Veränderung gesellschaftlicher Prioritäten wird diesen Wandlungsprozess zugunsten regenerativer Erzeugung in Zukunft deutlich verstärken. Dieser Umbau des Energiesystems bringt, durch die schwer prognostizierbare Erzeugung aus Windkraft und Photovoltaik, Herausforderungen mit sich. Ein zentrales Thema ist dabei die Speicherung von erneuerbaren Energien und somit die zeitlich versetzte Nutzung. Die Sektorkopplung ist dafür ein vielversprechender Ansatz. Die Grundlage für die Entwicklung von Strategien und Lösungsansätzen in diesem Bereich sind hybride Simulationswerkzeuge, die das Energiesystem gesamtheitlich betrachten und die Energieträger Strom, Wärme sowie Gas miteinbeziehen. In der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit wird das hybride Simulationstool HyFlow im Bereich der Strom-Lastflussrechnung weiterentwickelt und anhand einer konkreten Aufgabenstellung angewendet. Dabei wird der Einfluss der Sektorkopplung auf die Stromnetzentlastung in Gebieten mit hoher projektierter PV-Einspeisung untersucht. Das Ziel ist es, die PV-Integration im untersuchten Netzgebiet, ausgehend von einer bereits genehmigten Leistung ohne zusätzlichen Leitungsausbau, zu erhöhen. Zu Beginn wird eine umfassende Literaturrecherche zu Power-to-Gas Verfahren und den einzelnen Prozessschritten durchgeführt. Dabei wird der Stand der Technik und die zukünftige Entwicklung der Technologie sowie der Kosten betrachtet. Danach erfolgt die Überarbeitung des hybriden Simulationstools HyFlow. Anschließend wird das Fallbeispiel anhand von vier Szenarien, die teilweise auch die im Bilanzgebiet vorhandenen Biogasanlagen miteinbeziehen, untersucht. Ferner erfolgt die technische und wirtschaftliche Auswertung der Ergebnisse sowie die Gegenüberstellung dieser. Die Simulationsergebnisse zu den Szenarien 1, 3 und 4 zeigen, dass das Sektorkopplungselement Power-to-Gas netzentlastend wirkt und dadurch die PV-Integration im Netzgebiet deutlich erhöht werden kann. Durch die Position der Elektrolyse im Netzgebiet ergeben sich Einschränkungen. In Szenario 2 wird dadurch keine Erhöhung der PV-Integration erreicht. Die Wasserstoff- und Methangestehungskosten wurden mit einem Zeithorizont von fünf Jahren berechnet und liegen im Bereich von 12 bis 14 Cent/kWhH2 und 16 bis 24 Cent/kWhCH4. Weiters zeigt sich, dass die Energiekosten einen großen Anteil an den Gasgestehungskosten haben.

AB - Die Energiebranche ist ein Markt der sich im Wandel befindet. In Europa ist in den letzten Jahren ein immer stärker werdender Trend hin zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen und damit zur Dekarbonisierung des Sektors zu erkennen. Der zunehmend spürbare Klimawandel und die Veränderung gesellschaftlicher Prioritäten wird diesen Wandlungsprozess zugunsten regenerativer Erzeugung in Zukunft deutlich verstärken. Dieser Umbau des Energiesystems bringt, durch die schwer prognostizierbare Erzeugung aus Windkraft und Photovoltaik, Herausforderungen mit sich. Ein zentrales Thema ist dabei die Speicherung von erneuerbaren Energien und somit die zeitlich versetzte Nutzung. Die Sektorkopplung ist dafür ein vielversprechender Ansatz. Die Grundlage für die Entwicklung von Strategien und Lösungsansätzen in diesem Bereich sind hybride Simulationswerkzeuge, die das Energiesystem gesamtheitlich betrachten und die Energieträger Strom, Wärme sowie Gas miteinbeziehen. In der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit wird das hybride Simulationstool HyFlow im Bereich der Strom-Lastflussrechnung weiterentwickelt und anhand einer konkreten Aufgabenstellung angewendet. Dabei wird der Einfluss der Sektorkopplung auf die Stromnetzentlastung in Gebieten mit hoher projektierter PV-Einspeisung untersucht. Das Ziel ist es, die PV-Integration im untersuchten Netzgebiet, ausgehend von einer bereits genehmigten Leistung ohne zusätzlichen Leitungsausbau, zu erhöhen. Zu Beginn wird eine umfassende Literaturrecherche zu Power-to-Gas Verfahren und den einzelnen Prozessschritten durchgeführt. Dabei wird der Stand der Technik und die zukünftige Entwicklung der Technologie sowie der Kosten betrachtet. Danach erfolgt die Überarbeitung des hybriden Simulationstools HyFlow. Anschließend wird das Fallbeispiel anhand von vier Szenarien, die teilweise auch die im Bilanzgebiet vorhandenen Biogasanlagen miteinbeziehen, untersucht. Ferner erfolgt die technische und wirtschaftliche Auswertung der Ergebnisse sowie die Gegenüberstellung dieser. Die Simulationsergebnisse zu den Szenarien 1, 3 und 4 zeigen, dass das Sektorkopplungselement Power-to-Gas netzentlastend wirkt und dadurch die PV-Integration im Netzgebiet deutlich erhöht werden kann. Durch die Position der Elektrolyse im Netzgebiet ergeben sich Einschränkungen. In Szenario 2 wird dadurch keine Erhöhung der PV-Integration erreicht. Die Wasserstoff- und Methangestehungskosten wurden mit einem Zeithorizont von fünf Jahren berechnet und liegen im Bereich von 12 bis 14 Cent/kWhH2 und 16 bis 24 Cent/kWhCH4. Weiters zeigt sich, dass die Energiekosten einen großen Anteil an den Gasgestehungskosten haben.

KW - Wasserstoff

KW - Elektrolyse

KW - Power-to-X

KW - Methanisierung

KW - Stromnetzentlastung

KW - Sektorkopplung

KW - Photovoltaik

KW - Hydrogen

KW - electrolysis

KW - power-to-x

KW - methanization

KW - power grid relief

KW - sector coupling

KW - photovoltaic

M3 - Masterarbeit

ER -